【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無線通信，特別是一種多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、認(rèn)知無線電(cognitive?radio，cr)被認(rèn)為是下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，該系統(tǒng)允許次級(jí)用戶在不干擾主用戶的情況下對(duì)授權(quán)頻譜機(jī)會(huì)式的接入，可以大幅提高頻譜利用率，是緩解頻譜資源緊張的有效手段。cr系統(tǒng)需要周期性地對(duì)頻譜的使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然而，直接對(duì)大帶寬頻譜(如太赫茲通信中涉及的高達(dá)幾十個(gè)吉赫茲的頻譜)進(jìn)行奈奎斯特采樣，會(huì)因?yàn)楦卟蓸铀俾试斐蓪?duì)大量樣本給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的沉重負(fù)擔(dān)。在這種情況下，高效率的寬帶頻譜感知技術(shù)是cr系統(tǒng)需要克服的重要問題。傳統(tǒng)的寬帶頻譜感知方案均假設(shè)接收機(jī)是通過視距(line-of-sight，los)路徑接收的多頻帶信號(hào)。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，多頻帶信號(hào)與接收機(jī)之間往往是多路徑傳播的，尤其是在密集城區(qū)等散射環(huán)境豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，在這種情形下，基于los傳播路徑假設(shè)的寬帶頻譜感知解決方案會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的性能下降。為解決此問題，本專利技術(shù)提出一種適用于多路徑場(chǎng)景的高效寬帶頻譜感知方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了本專利技術(shù)。
2、因此，本專利技術(shù)所要解決的問題在于如何能夠在多徑傳播環(huán)境下以遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣頻率的采樣速率實(shí)現(xiàn)寬帶頻譜的監(jiān)測(cè)和感知。與現(xiàn)有的基于los傳播假設(shè)的寬帶頻譜感知解決方案相比，所提出的方法在不同信噪比環(huán)境下，特別是低信噪比環(huán)境下，具有更優(yōu)的頻譜重構(gòu)和載頻估計(jì)精度。
3、為解決上述技術(shù)問題
4、第一方面，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其包括，構(gòu)建雙通道采樣結(jié)構(gòu)，獲取多徑傳播環(huán)境下的多頻帶信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；
5、建立基于采樣數(shù)據(jù)的寬帶頻譜感知模型；
6、對(duì)模型進(jìn)行張量分解獲得因子矩陣；
7、基于因子矩陣估計(jì)窄帶信號(hào)參數(shù)。
8、作為本專利技術(shù)多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法的一種優(yōu)選方案，其中：構(gòu)建雙通道采樣結(jié)構(gòu)具體包括：
9、采用具有m根天線的接收器，其中每根天線連接直接采樣通道和具有固定時(shí)延δ的延遲采樣通道；
10、將兩個(gè)采樣通道的模擬信號(hào)送入已同步的模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc以次奈奎斯特采樣速率進(jìn)行采樣；
11、其中，采樣時(shí)間間隔滿足ts表示采樣時(shí)間，fnyq為奈奎斯特采樣率，時(shí)延采樣通道的時(shí)延因子δ需要滿足和采樣率不小于這些信源中的最大帶寬，即fs≥b；
12、待檢測(cè)頻段上存在k個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)，這些窄帶信號(hào)是廣義平穩(wěn)且互不相關(guān)。
13、作為本專利技術(shù)多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法的一種優(yōu)選方案，其中：建立基于采樣數(shù)據(jù)的寬帶頻譜感知模型具體包括：
14、獲取k個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)形成的多頻帶信號(hào)模型：
15、
16、其中，fk和分別表示第k個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信源的載波頻率和基帶信號(hào)，基帶信號(hào)互不相關(guān)，且均為帶限信號(hào)，{sk(t)}均為窄帶信號(hào)，且具有不同的功率譜；
17、考慮多徑傳播環(huán)境，獲得接收端的接收信號(hào)：
18、x(t)＝hs(t)+w(t)
19、其中，表示輻射源與基站之間的信道，xm(t)表示第m根天線在t時(shí)刻的接收信號(hào)，表示第t時(shí)刻k個(gè)調(diào)制信號(hào)的集合，w(t)表示協(xié)方差為σ2i的復(fù)高斯白噪聲；
20、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，獲得直接采樣通道的采樣數(shù)據(jù)：
21、x[l]＝he(lts)sb[l]+w[l]
22、其中，
23、時(shí)延采樣通道的采樣數(shù)據(jù)可以表示為：
24、y[l]＝he(lts-δ)sb(lts-δ)+w(lts-δ)
25、≈he(t-δ)sb[l]+w′[l]
26、其中，上式中定義w′[l]＝w(lts-δ)，
27、作為本專利技術(shù)多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法的一種優(yōu)選方案，其中：獲得直接采樣通道的采樣數(shù)據(jù)的互相關(guān)協(xié)方差包括：
28、直接采樣通道在任意兩個(gè)時(shí)刻l1ts時(shí)刻和l2ts時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)互相關(guān)協(xié)方差為：
29、rx(l1,l2)οe[x[l1]xh[l2]]
30、＝he(τ)rb(τ)hh+e[w[l1]wh[l2]]
31、直接采樣通道和延遲采樣通道采樣數(shù)據(jù)之間的互相關(guān)協(xié)方差為：
32、
33、其中，rb(τ)是如下所示的對(duì)角矩陣：
34、rb(τ)＝e[sb[l1]sb[l2]]＝diag(rb(τ))
35、rb(τ)定義為
36、作為本專利技術(shù)多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法的一種優(yōu)選方案，其中：對(duì)模型進(jìn)行張量分解具體包括：
37、將和表示成一個(gè)三階張量張量r的三個(gè)模態(tài)分別代表接收機(jī)的天線索引和采樣時(shí)間差索引；
38、采用κ表示采樣時(shí)間差索引模態(tài)，那么
39、
40、其中，s＝s1∪s2；
41、注意到張量的第個(gè)切片可以表示為：
42、
43、其中，λκ，k表示為：
44、
45、其中，"ο"表示向量外積，
46、
47、其中，定義為三階張量r的因子矩陣{h,h*,λ}通過對(duì)其進(jìn)行cp分解得到，λ包含遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)的載波頻率以及功率譜的信息，λ的估計(jì)值來估計(jì)這些源信號(hào)的載波頻率和功率譜。
48、作為本專利技術(shù)多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法的一種優(yōu)選方案，其中：基于因子矩陣估計(jì)窄帶信號(hào)參數(shù)包括：
49、估計(jì)第k個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)的載波頻率：
50、
51、其中，β定義為：
52、
53、mod(a,b)表示取模算子；
54、
55、當(dāng)l充分大時(shí)，式中的近似誤差可以忽略不計(jì)。
56、作為本專利技術(shù)多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法的一種優(yōu)選方案，其中：張量分解的唯一性條件為：
57、當(dāng)k先驗(yàn)已知時(shí)，r的cp分解涉及如下優(yōu)化問題：
58、
59、若時(shí)，其中ka表示表示矩陣a的kruskal秩；
60、在多徑傳播環(huán)境下，h通常建模為由獨(dú)立的復(fù)高斯項(xiàng)組成的隨機(jī)矩陣，此時(shí)h是列滿秩，即p(kh＝k)＝1；
61、當(dāng)kλ≥2時(shí)，cp分解的唯一性條件得到滿足。
62、第二方面，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知系統(tǒng)，其包括采樣結(jié)構(gòu)模塊，寬帶頻譜感知模型模塊，張量分解模塊，參數(shù)估計(jì)模塊；
63、采樣結(jié)構(gòu)模塊用于構(gòu)建雙通道采樣結(jié)構(gòu)，獲取多徑傳播環(huán)境下的多頻帶信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；
64、寬帶頻譜感知模型模塊用于建立基于采樣數(shù)據(jù)的寬帶頻譜感知模型；
65、張量分解模塊用于對(duì)模型進(jìn)行張量分解獲得因子矩陣；
66、參數(shù)估計(jì)模塊用于基于因子矩陣估計(jì)窄帶信號(hào)參數(shù)。
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1.一種多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：所述構(gòu)建雙通道采樣結(jié)構(gòu)具體包括：
3.如權(quán)利要求2所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：所述建立基于采樣數(shù)據(jù)的寬帶頻譜感知模型具體包括：
4.如權(quán)利要求3所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：所述獲得直接采樣通道的采樣數(shù)據(jù)的互相關(guān)協(xié)方差包括：
5.如權(quán)利要求4所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：所述對(duì)模型進(jìn)行張量分解具體包括：
6.如權(quán)利要求5所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：所述基于因子矩陣估計(jì)窄帶信號(hào)參數(shù)包括：
7.如權(quán)利要求6所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：所述張量分解的唯一性條件為：
8.一種多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知系統(tǒng)，基于權(quán)利要求1～7任一所述的多徑傳播環(huán)境下的寬帶頻譜感知方法，其特征在于：還包括，采樣結(jié)構(gòu)模塊，寬帶頻譜感知模型模塊，張量分解模塊，參數(shù)估計(jì)模塊；
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